_李中发主编_前六章答案.docx 84页

'第1章半导体存器件1.1在如图1.4所示的各个电路中，已知直流电压V，电阻kΩ，二极管的正向压降为0.7V，求Uo。图1.4习题1.1的图分析Uo的值与二极管的工作状态有关，所以必须先判断二极管是导通还是截止。若二极管两端电压为正向偏置则导通，可将其等效为一个0.7Ｖ的恒压源；若二极管两端电压为反向偏置则截止，则可将其视为开路。解对图1.4（a）所示电路，由于V，二极管VD承受正向电压，处于导通状态，故：（V）对图1.4（b）所示电路，由于V，二极管VD承受反向电压截止，故：（V）对图1.4（c）所示电路，由于V，二极管VD承受正向电压导通，故：（V）1.2在如图1.5所示的各个电路中，已知输入电压V，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出各电路的输入电压ui和输出电压uo的波形。分析在ui和5V电源作用下，分析出在哪个时间段内二极管正向导通，哪个时间段内二极管反向截止。在忽略正向压降的情况下，正向导通时可视为短路，截止时可视为开路，由此可画出各电路的输入、输出电压的波形。 图1.5习题1.2的图解对图1.5（a）所示电路，输出电压uo为：ui≥5V时二极管VD承受正向电压导通，UD=0，uo=5V；ui<5V时二极管VD承受反向电压截止，电阻R中无电流，uR=0，uo=ui。输入电压ui和输出电压uo的波形如图1.6（a）所示。图1.6习题1.2解答用图对图1.5（b）所示电路，输出电压uo为：ui≥5V时二极管VD承受正向电压导通，UD=0，uo=ui；ui<5V时二极管VD承受反向电压截止，电阻R中无电流，uR=0，uo=5V。输入电压ui和输出电压uo的波形如图1.6（b）所示。对图1.5（c）所示电路，输出电压uo为： ui≥5V时二极管VD承受反向电压截止，电阻R中无电流，uR=0，uo=ui；ui<5V时二极管VD承受正向电压导通，UD=0，uo=5V。输入电压ui和输出电压uo的波形如图1.6（c）所示。1.3在如图1.7所示的电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件（R、VDA、VDB）中的电流，图中的二极管为理想元件。（1）V。（2），V。（3）V。图1.7习题1.3的图分析在一个电路中有多个二极管的情况下，一些二极管的电压可能会受到另一些二极管电压的影响，所以，在判断各个二极管的工作状态时，应全面考虑各种可能出现的因素。一般方法是先找出正向电压最高和（或）反向电压最低的二极管，正向电压最高者必然导通，反向电压最低者必然截止，然后再根据这些二极管的工作状态来确定其他二极管承受的是正向电压还是反向电压。解（1）因为V而UCC=6V，所以两个二极管VDA、VDB承受同样大的正向电压，都处于导通状态，均可视为短路，输出端F的电位UF为：（V）电阻中的电流为：（mA）两个二极管VDA、VDB中的电流为：（mA） （2）因为，V而UCC=6V，所以二极管VDB承受的正向电压最高，处于导通状态，可视为短路，输出端F的电位UF为：（V）电阻中的电流为：（mA）VDB导通后，VDA上加的是反向电压，VDA因而截止，所以两个二极管VDA、VDB中的电流为：（mA）（mA）（3）因为V而UCC=6V，所以两个二极管VDA、VDB承受同样大的正向电压，都处于导通状态，均可视为短路，输出端F的电位UF为：（V）电阻中的电流为：（mA）两个二极管VDA、VDB中的电流为：（mA）1.4在如图1.8所示的电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件（R、VDA、VDB）中的电流，图中的二极管为理想元件。（1）V。（2）V，。（3）V。 图1.8习题1.4的图分析本题与上题一样，先判断出两个二极管VDA、VDB的工作状态，从而确定出输出端F的电位，再根据输出端F的电位计算各元件中的电流。解（1）因为V，所以两个二极管VDA、VDB上的电压均为0，都处于截止状态，电阻R中无电流，故：（mA）输出端F的电位UF为：（V）（2）因为V，V，所以二极管VDA承受的正向电压最高，处于导通状态，可视为短路，输出端F的电位UF为：（V）电阻中的电流为：（mA）VDA导通后，VDB上加的是反向电压，VDB因而截止，所以两个二极管VDA、VDB中的电流为：（mA）（mA）（3）因为V，所以两个二极管VDA、VDB承受同样大的正向电压，都处于导通状态，均可视为短路，输出端F的电位UF为：（V） 电阻中的电流为：（mA）两个二极管VDA、VDB中的电流为：（mA）1.5在如图1.9所示的电路中，已知V，V。试用波形图表示二极管上的电压uD。分析设二极管为理想元件，则二极管导通时uD=0，二极管截止时因电阻R中无电流，，因此，判断出二极管VD在ui和E作用下哪个时间段内导通，哪个时间段内截止，即可根据uD的关系式画出其波形。解设二极管为理想元件，则当≥0，即e≥V时二极管导通，uD=0；当，即V时二极管截止，V。由此可画出uD的波形，如图1.10所示。图1.9习题1.5的图图1.10习题1.5解答用图1.6在如图1.11所示的电路中，已知V，Ω，Ω。稳压管VDZ的稳定电压V，最大稳定电流mA。试求稳压管中通过的电流IZ，并判断IZ是否超过IZM？如果超过，怎么办？分析稳压管工作于反向击穿区时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，所以能起稳压的作用。但与稳压管配合的电阻要适当，否则，要么使稳压管的反向电流超过允许值而过热损坏，要么使稳压管因为没有工作在稳压区而不能稳压。 图1.11习题1.6的图解设稳压管VDZ工作正常，则电阻R1和R2中的电流分别为：（mA）（mA）稳压管中通过的电流IZ为：（mA）可见。如果IZ超过IZM，则应增大R1，也可减小R2。但R2一般是负载电阻，不能随意改变，若R1不能变，则应限制R2的最大值，或另选稳压管。1.7有两个稳压管VDZ1和VDZ2，其稳定电压分别为5.5V和8.5V，正向压降都是0.5V，如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V几种稳定电压，这两个稳压管（还有限流电阻）应该如何连接，画出各个电路。分析稳压管工作在反向击穿区时，管子两端电压等于其稳定电压；稳压管工作在正向导通状态时，管子两端电压等于其正向压降。因此，可通过两个稳压管的不同组合来得到不同的稳定电压。解应按如图11.12（a）～（e）所示各个电路连接，可分别得到上述几种不同的稳定电压，图中的电阻均为限流电阻。 图1.12习题1.6的图1.8在一放大电路中，测得某晶体管3个电极的对地电位分别为-6V、-3V、-3.2V，试判断该晶体管是NPN型还是PNP型？锗管还是硅管？并确定3个电极。分析晶体管的类型（NPN型还是PNP型，硅管还是锗管）和管脚可根据各极电位来判断。NPN型集电极电位最高，发射极电位最低，即，；PNP型集电极电位最低，发射极电位最高，即，。硅管基极电位与发射极电位大约相差0.6或0.7V；锗管基极电位与发射极电位大约相差0.2或0.3V。解设晶体管3个电极分别为1、2、3，即V、V、V。因为2、3两脚的电位差为0.2V，可判定这是一个锗管，且1脚为集电极。由于集电极电位最低，可判定这是一个PNP型管。又由于2脚电位最高，应为发射极，而3脚为基极。因为发射极与基极之间的电压V，基极与集电极之间的电压V，可见发射结正偏，集电结反偏，晶体管工作在放大状态。综上所述，可知这是一个PNP型的锗晶体管。1.9晶体管工作在放大区时，要求发射结上加正向电压，集电结上加反向电压。试就NPN型和PNP型两种情况讨论：（1）UC和UB的电位哪个高？UCB是正还是负？（2）UB和UE的电位哪个高？UBE是正还是负？（3）UC和UE的电位哪个高？UCE是正还是负？分析晶体管工作在放大区时，要求发射结上加正向电压，集电结上加反向电压。对NPN型晶体管，电源的接法应使3个电极的电位关系为。对PNP型晶体管，则应使。解（1）对NPN型晶体管，由可知：，，；，，。 （2）对PNP型晶体管，由可知：，，；，，。1.10一个晶体管的基极电流μA，集电极电流mA，能否从这两个数据来确定它的电流放大系数？为什么？分析晶体管工作在不同状态时，基极电流和集电极电流的关系不同。工作在截止状态时，；工作在放大状态时；工作在饱和状态时。解不能由这两个数据来确定晶体管的电流放大系数。这是因为晶体管的电流放大系数是放大状态时的集电极电流与基极电流的比值，而题中只给出了基极电流和集电极电流的值，并没有指明这两个数据的测试条件，无法判别晶体管是工作在放大状态还是饱和状态，所以不能由这两个数据来确定晶体管的电流放大系数。1.11若晶体管的发射结和集电结都加正向电压，则集电极电流IC将比发射结加正向电压、集电结加反向电压时更大，这对晶体管的放大作用是否更为有利？为什么？分析晶体管的发射结和集电结都加正向电压时工作在饱和状态，IC不随IB的增大而成比例地增大，晶体管已失去了线性放大作用。解发射结和集电结都加正向电压时对晶体管的放大作用不是更为有利，而是反而不利。这是因为这时晶体管工作在饱和状态，集电极电流IC虽然比发射结加正向电压、集电结加反向电压（即放大状态）时更大，但是IC已不再随IB线性增大，IB对IC已失去控制作用，所以已没有放大能力。另一方面，晶体管工作在饱和状态时集电极与发射极之间的电压V，虽然IC更大，但晶体管的输出电压反而更小，所以也不能把电流放大作用转换为电压放大作用。1.12有两个晶体管，一个管子的、μA，另一个管子的、μA，其他参数都一样，哪个管子的性能更好一些？为什么？分析虽然在放大电路中晶体管的放大能力是一个非常重要的指标，但并非β越大就意味着管子性能越好。衡量一个晶体管的性能不能光看一、两个参数，而要综合考虑它的各个参数。在其他参数都一样的情况下，β太小，放大作用小；β太大，温度稳定性差。一般在放大电路中，以左右为好。ICBO受温度影响大，此值越小，温度稳定性越好。ICBO越大、越大的管子，则ICEO越大，稳定性越差。解第二个管子的性能更好一些。这是因为在放大电路中，固然要考虑晶体管的放大能力，更主要的是要考虑放大电路的稳定性。 1.13有一晶体管的mW，mA，V，试问在下列几种情况下，哪种为正常工作状态？（1）V，mA。（2）V，mA。（3）V，mA。分析ICM、U（BR）CEO和PCM称为晶体管的极限参数，由它们共同确定晶体管的安全工作区。集电极电流超过ICM时晶体管的β值将明显下降；反向电压超过U（BR）CEO时晶体管可能会被击穿；集电极耗散功率超过PCM时晶体管会被烧坏。解第（1）种情况晶体管工作正常，这是因为，，。其余两种情况晶体管工作不正常1.14某场效应管漏极特性曲线如图1.13所示，试判断：（1）该管属哪种类型？画出其符号。（2）该管的夹断电压UGS(off)大约是多少？（3）该管的漏极饱和电流IDSS大约是多少？分析根据表1.2所示绝缘栅型场效应管的漏极特性曲线可知，N沟道场效应管当UGS由正值向负值变化时ID减小，P沟道场效应管当UGS由正值向负值变化时ID增大；耗尽型场效应管在时，增强型场效应管在时。解由图1.13可知，因为该管当UGS由正值向负值变化时ID减小，且时，所以该管属N沟道耗尽型场效应管，并且夹断电压V，漏极饱和电流mA，其符号如图1.14所示。图1.13习题1.14的图图1.14习题1.14解答用图 1.15试由如图1.13所示的场效应管漏极特性曲线，画出V时的转移特性曲线，并求出管子的跨导gm。分析根据场效应管漏极特性曲线画转移特性曲线的方法是：首先根据UDS在漏极特性曲线上作垂线，然后确定出该条垂线与各条漏极特性曲线的交点所对应的ID值和UGS值，最后根据各个ID值和UGS值画出转移特性曲线。解根据V在漏极特性曲线上作垂线，如图1.15（a）所示。该条垂线与各条漏极特性曲线的交点所对应的ID值和UGS值如表1.4所示。根据表1.4画出的转移特性曲线如图1.15（b）所示。表1.4习题1.15解答用表UGS(V)-4-202ID(mA)481216（a）漏极特性曲线（b）转移特性曲线图1.15习题1.15解答用图第2章单级交流放大电路2.1根据组成放大电路时必须遵循的几个原则，分析如图2.7所示各电路能否正常放大交流信号？为什么？若不能，应如何改正？分析判断电路能否正常放大交流信号，只要判断是否满足组成放大电路时必须遵循的几个原则。对于定性分析，只要判断晶体管是否满足发射结正偏、集电结反偏的条件，以及有无完善的直流通路和交流通路即可。解如图2.7所示各电路均不能正常放大交流信号。原因和改进措施如下：图2.7（a）中没有完善的交流通路。这是因为，恒定，所以输入端对交流信号短路，输入信号不能送入。应在电源UBB支路中串联电阻RB。图2.7（b）中没有完善的直流通路。这是因为电容C1的隔直作用，晶体管无法获得偏流，。应将C1改接在交流信号源与RB之间。 图2.7习题2.1的图图2.7（c）中发射结零偏，，晶体管无法获得偏流，。应将RB接电源UCC与晶体管基极之间。图2.7（d）中电容C1接在电源UCC与晶体管基极之间带来两个问题：一是由于C1的隔直作用，晶体管无法获得偏流，；二是由于C1对交流信号短路，输入信号不能送入。应将C1改接成电阻。图2.7（e）中电源UCC和电容C1、C2的极性连接错误。应将它们的极性对调。图2.7（f）中电容C2连接错误。应将C2由与负载并联改成与负载串联。2.2在如图2.8（a）所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，三极管的。（1）试用直流通路估算静态值IB、IC、UCE。（2）三极管的输出特性曲线如图2.8（b）所示，用图解法确定电路的静态值。（3）在静态时C1和C2上的电压各为多少？并标出极性。分析放大电路的静态分析有估算法和图解法两种。估算法可以推出普遍适用于同类电路的公式，缺点是不够直观。图解法可以直观形象地看出静态工作点的位置以及电路参数对静态工作的影响，缺点是作图过程比较麻烦，并且不具备普遍适用的优点。解（1）用估算法求静态值，得：（mA）（mA）（V） 图2.8习题2.2的图（2）用图解法求静态值。在图2.8（b）中，根据mA、V作直流负载线，与μA的特性曲线相交得静态工作点Q，如图2.9（b）所示，根据点Q查坐标得：mAV（3）静态时，V。C1和C2的极性如图2.9（a）所示。图2.9习题2.2解答用图2.3在上题中，若改变RB，使V，则RB应为多大？若改变RB，使mA，则RB又为多大？并分别求出两种情况下电路的静态工作点。分析设计放大电路的一个重要环节就是RB、RC等元件的选择。选择电阻RB、RC的常用方法是根据晶体管的参数β等和希望设置的静态工作点（静态值IC、UCE）计算出RB、RC的阻值。解（1）V时，集电极电流为：（mA）基极电流为：（mA） 基极电阻为：（kΩ）（2）mA时，基极电流为：（mA）基极电阻为：（kΩ）（V）2.4在如图2.8（a）所示电路中，若三极管的，其他参数与2.2题相同，重新计算电路的静态值，并与2.2题的结果进行比较，说明三极管β值的变化对该电路静态工作点的影响。分析影响静态工作点的有电路参数RB、RC和UCC以及晶体管的参数ICBO、β和UBE。在其他参数不变的情况下，β增大将使晶体管集电极电流的静态值IC增大，静态工作点上移。解用估算法求静态值，得：（mA）（mA）（V）（V）集电结和发射结都加正向电压，晶体管饱和。实际上这时UCE和IC分别为：（V）（mA）与2.2题的结果比较可知，在其他参数不变的情况下，三极管β值由40变为100时，IB不变，但IC和UCE分别由2mA和6V变为4mA和0.3V，静态工作点从放大区进入了饱和区。2.5在如图2.8（a）所示电路中，已知V，三极管的。若要使V，mA，试确定RC、RB的值。解由得：（kΩ） 由得：（mA）基极电阻为：（kΩ）2.6在如图2.8（a）所示电路中，若输出电压uo波形的正半周出现了平顶畸变，试用图解法说明产生失真的原因，并指出是截止失真还是饱和失真。分析如图2.8（a）所示电路的输出电压uo（uCE的交流分量uce）与输入电压ui（uBE的交流分量ube）反相，而ib、ic与ui同相，所以uo与ib反相。解由于uo与ib反相，所以uo波形的正半周出现平顶畸变时，iB波形的负半周出现平顶畸变，可见这是由于静态工作点设置得太低，致使iB的负半周进入输入特性曲线的死区，使iB波形的负半周不能正常放大而引起失真，属于截止失真。图解过程如图2.10所示。（a）输入回路（b）输出回路图2.10题2.6解答用图2.7画出如图2.11所示各电路的直流通路、交流通路和微变等效电路，图中各电路的容抗均可忽略不计。若已知V，kΩ，kΩ，三极管的，求出各电路的静态工作点。分析放大电路的直流通路是直流电源单独作用时的电流通路，在直流通路中电容可视为开路。放大电路的交流通路是交流信号源单独作用时的电流通路，在交流通路中电容和直流电源可视作短路。将交流通路中的晶体管用其微变等效电路代替，便可得到放大电路的微变等效电路。 图2.11习题2.7的图解如图2.11（a）所示电路的直流通路、交流通路和微变等效电路分别如图2.12所示。由直流通路列KVL方程，得：将代入上式，解之得：（mA）（mA）（V）（a）（b）（c）图2.12习题2.7解答用图如图2.11（b）所示电路的直流通路、交流通路和微变等效电路分别如图2.13所示。由直流通路列KVL方程，得：将代入上式，解之得：(mA)（mA） （V）（a）（b）（c）图2.13习题2.7解答用图2.8在如图2.14所示的电路中，三极管是PNP型锗管。请回答下列问题：（1）UCC和C1、C2的极性如何考虑？请在图上标出。（2）设V，kΩ，，如果要将静态值IC调到1.5mA，问RB应调到多大？（3）在调整静态工作点时，如不慎将RB调到零，对晶体管有无影响？为什么？通常采取何种措施来防止发生这种情况？分析PNP型三极管与NPN型三极管工作原理相似，不同之处仅在于使用时工作电源极性相反，相应地，电容的极性也相反。解（1）UCC和C1、C2的极性如图2.15所示。图2.14习题2.8的图图2.15习题2.8解答用图（2）mA时，基极电流为：（mA）基极电阻为：（kΩ） 这时集电极与发射极之间的电压为：（V）（3）如不慎将RB调到零，则12V电压全部加到晶体管的基极与发射极之间，使IB大大增加，会导致PN结发热而损坏。通常与RB串联一个较小的固定电阻来防止发生这种情况。2.9在如图2.8（a）所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，三极管的。试分别计算空载和接上负载（kΩ）两种情况下电路的电压放大倍数。分析电路的电压放大倍数与RC、RL、β及IE等因数有关。RC或RL增大，电压放大倍数也增大。空载时电压放大倍数最大。解三极管基极电流静态值和集电极电流静态值分别为：（mA）（mA）三极管的输入电阻为：（Ω）空载时电路的电压放大倍数为：接上kΩ负载时电路的电压放大倍数为：其中kΩ。2.10在如图2.16所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，三极管的，。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。分析分压式偏置放大电路可以保持静态工作点基本稳定。这种电路稳定工作点的实质，是由于输出电流IC的变化通过发射极电阻RE上电压降（）的变化反映出来，而后引回到输入回路，和UB比较，使UBE发生变化来抑制IC的变化。RE越大，静态工作点越稳定。但RE会对变化的交流信号产生影响，使电压放大倍数下降。用电容CE与RE并联可以消除RE对交流信号的影响。 解（1）求静态值IB、IC、UCE。（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.17所示。图2.16习题2.10的图图2.17习题2.10解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（Ω）（kΩ）（kΩ）（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。2.11在如图2.18所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，kΩ，Ω，kΩ，Ω，kΩ，三极管的，。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。 （4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。分析由于电阻RE1没有与电容并联，所以RE1中既有直流电流通过，又有交流电流通过，对电路的静态性能和动态性能都有影响。解（1）求静态值IB、IC、UCE。（V）（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.19所示。图2.18习题2.11的图图2.19习题2.11解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（kΩ）（kΩ）（kΩ）（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。2.12在如图2.20所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，kΩ， kΩ，三极管的。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析与上题一样，由于电阻RE没有与电容并联，所以RE中既有直流电流通过，又有交流电流通过，对电路的静态性能和动态性能都有影响。解（1）求静态值IB、IC、UCE。根据图2.20可画出该放大电路的直流通路，如图2.21（a）所示。由图2.21（a）可得：而：所以，基极电流的静态值为：（mA）集电极电流的静态值为：（mA）集-射极电压的静态值为：（V）图2.20习题2.12的图（2）画出微变等效电路。根据图2.20可画出该放大电路的交流通路和微变等效电路，如图2.21（b）、（c）所示。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。晶体管的输入电阻为：（kΩ）由图2.21（c）可得： 所以输入电阻为：（kΩ）计算输出电阻ro的等效电路如图2.21（d）所示。由于，有，，所以输出电阻为：（kΩ）（4）求电压放大倍数。由图2.21（c）可得：式中：所以，电压放大倍数为：（a）直流通路（b）交流通路（c）微变等效电路（d）计算ro的电路 图2.21习题2.12解答用图2.13在如图2.22所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，kΩ，三极管的。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析本题电路为射极输出器，射极输出器的主要特点是电压放大倍数接近于1，输入电阻高，输出电阻低。解（1）求静态值IB、IC和UCE，为：（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.23所示。图2.22习题2.13的图图2.23习题2.13解答用图（2）求电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro，为：（kΩ）式中：（kΩ）（kΩ） （Ω）式中：（Ω）2.14已知某放大电路的输出电阻为kΩ，输出端的开路电压有效值V，试问该放大电路接有负载电阻kΩ时，输出电压有效值将下降到多少？分析对于负载而言，放大电路相当于一个具有内阻ro的电源，该电源的电动势就等于放大电路的开路电压Uo。解根据如图2.24（a）所示放大电路的微变等效电路，应用戴维南定理将其等效变化为如图2.24（b）所示的电路，由此可得接有负载电阻RL时的输出电压有效值下降到：（V）2.15比较共源极场效应管放大电路和共发射极晶体管放大电路，在电路结构上有何相似之处。为什么前者的输入电阻较高？解如果共源极场效应管放大电路采用分压式偏置电路，则和分压式偏置电路的共发射极晶体管放大电路在结构上基本相似，惟一不同之处是为了提高输入电阻而在场效应管栅极接了电阻RG。但因场效应管是电压控制型器件，栅极无电流，故其输入电阻很高，而电阻RG也可以选得很大，因此场效应管放大电路的输入电阻较高。（a）微变等效电路（b）图（a）的等效电路图2.24习题2.14解答用图2.16在如图2.25所示的共源极放大电路中，已知，kΩ，kΩ，kΩ，MΩ，kΩ，kΩ，。（1）求静态值ID、UDS。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析场效应晶体管放大电路的与晶体管放大电路的分析方法完全一样。静态分析采用估算法，可认为，从而求出ID和UDS；动态分析则根据放大电路的微变等效电路来求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。 解（1）求静态值ID和UDS，为：（V）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.26所示。图2.25习题2.16的图图2.26习题2.16解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro，为：（kΩ）（kΩ）（4）求电压放大倍数，为：（kΩ）2.17在如图2.27所示的放大电路中，已知V，MΩ，MΩ，kΩ，kΩ，场效应管的mA/V。（1）求静态值ID、UDS。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析本题电路与上题相比仅少了电阻RG，因RG可以选得很大，故本题电路的输入电阻与上题相比要小得多。解（1）求静态值ID和UDS，为：（V） （mA）（V）（2）微变等效电路如图2.28所示。图2.27习题2.17的图图2.28习题2.17解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（kΩ）（kΩ）（4）电压放大倍数为：（kΩ）2.18如图2.29所示电路为源极输出器，已知V，MΩ，kΩ，kΩ，mA/V。求输入电阻ri、输出电阻ro和电压放大倍数。图2.29习题2.18的图分析本题电路为共漏极放大电路，其特点与射极输出器相似，即电压放大倍数接近于1，输入电阻高，输出电阻低。求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等动态性能指标同样可用微变等效电路法。解微变等效电路如图2.30（a）所示，有：式中 所以，电压放大倍数为：输入电阻为：（MΩ）求输出电阻的电路如图2.30（b）所示，由图可得：（a）微变等效电路（b）求ro的电路图2.30题1.18解答用图而：所以：输出电阻为：（kΩ）第3章多级放大电路3.1如图3.7所示为两级阻容耦合放大电路，已知V，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，，V。（1）求前、后级放大电路的静态值。 （2）画出微变等效电路。（3）求各级电压放大倍数、和总电压放大倍数。图3.7习题3.1的图分析两级放大电路都是共发射极的分压式偏置放大电路，各级电路的静态值可分别计算，动态分析时需注意第一级的负载电阻就是第二级的输入电阻，即。解（1）各级电路静态值的计算采用估算法。第一级：（V）（mA）（mA）（V）第二级：（V）（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图3.8所示。 图3.8习题3.1解答用图（3）求各级电路的电压放大倍数、和总电压放大倍数。三极管V1的动态输入电阻为：(Ω)三极管V2的动态输入电阻为：(Ω)第二级输入电阻为：（kΩ）第一级等效负载电阻为：（kΩ）第二级等效负载电阻为：（kΩ）第一级电压放大倍数为：第二级电压放大倍数为：两级总电压放大倍数为：3.2在如图3.9所示的两级阻容耦合放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，，V。（1）求前、后级放大电路的静态值。 （2）画出微变等效电路。（3）求各级电压放大倍数、和总电压放大倍数。（4）后级采用射极输出器有何好处？图3.9习题3.2的图分析第一级放大电路是共发射极的分压式偏置放大电路，第二级放大电路是射极输出器。射极输出器的输出电阻很小，可使输出电压稳定，增强带负载能力。解（1）各级电路静态值的计算采用估算法。第一级：（V）（mA）（mA）（V）第二级：（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图3.10所示。 图3.10习题3.2解答用图（3）求各级电路的电压放大倍数、和总电压放大倍数。三极管V1的动态输入电阻为：(Ω)三极管V2的动态输入电阻为：(Ω)第二级输入电阻为：（kΩ）第一级等效负载电阻为：（kΩ）第二级等效负载电阻为：（kΩ）第一级电压放大倍数为：第二级电压放大倍数为：两级总电压放大倍数为：（4）后级采用射极输出器是由于射极输出器的输出电阻很小，可使输出电压稳定，增强带负载能力。3.3在如图3.11所示的两级阻容耦合放大电路中，已知V，MΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，。（1）求前、后级放大电路的静态值。 （2）画出微变等效电路。（3）求各级电压放大倍数、和总电压放大倍数。（4）前级采用射极输出器有何好处？图3.11习题3.3的图分析第一级放大电路是射极输出器，第二级放大电路是共发射极的分压式偏置放大电路。射极输出器的输入电阻很高，可减小信号源内阻压降，减轻信号源的负担。解（1）各级电路静态值的计算采用估算法。第一级：（mA）（mA）（V）第二级：（V）（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图3.12所示。 图3.12习题3.3解答用图（3）求各级电路的电压放大倍数、和总电压放大倍数。三极管V1的动态输入电阻为：(Ω)三极管V2的动态输入电阻为：(Ω)第二级输入电阻为：（kΩ）第一级等效负载电阻为：（kΩ）第二级等效负载电阻为：（kΩ）第一级电压放大倍数为：第二级电压放大倍数为：两级总电压放大倍数为：（4）前级采用射极输出器是由于射极输出器的输入电阻很高，可减小信号源内阻压降，减轻信号源的负担。3.4如图3.13所示是两级放大电路，前级为场效应管放大电路，后级为晶体管放大电路。已知mA/Ｖ，Ｖ，。（1）求前、后级放大电路的静态值。 （2）画出微变等效电路。（3）求各级电压放大倍数、和总电压放大倍数。（4）求放大电路的输入电阻和输出电阻。图3.13习题3.4的图分析本题电路为包含有场效应管和晶体管的混合型放大电路，两级电路均采用分压式偏置。由于场效应管具有很高的输入电阻，对于高内阻信号源，只有采用场效应管才能有效地放大。解：（1）各级电路静态值的计算采用估算法。第一级：（V）（mA）（V）第二级：（V）（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图3.14所示。（3）求各级电路的电压放大倍数、和总电压放大倍数。三极管V2的动态输入电阻为： (Ω)第二级输入电阻为：（kΩ）第一级等效负载电阻为：（kΩ）第二级等效负载电阻为：（kΩ）第一级电压放大倍数为：第二级电压放大倍数为：两级总电压放大倍数为：（4）求放大电路的输入电阻和输出电阻。（kΩ）（kΩ）图3.14习题3.4解答用图3.5如图3.15所示双端输入双端输出差动放大电路，V，V，kΩ，kΩ，，V，输入电压mV，mV。（1）计算放大电路的静态值IB、IC及UC。（2）把输入电压ui1、ui2分解为共模分量uic和差模分量uid。 （3）求单端共模输出uoc1和uoc2（共摸电压放大倍数为）。（4）求单端差模输出uod1和uod2。（5）求单端总输出uo1和uo2。（6）求双端共摸输出uoc、双端差模输出uod和双端总输出uo。分析本题是对双端输入双端输出差动放大电路进行静态分析和动态分析。静态分析时，由于电路对称，计算一个管子的静态值即可。解（1）计算放大电路的静态值IB、IC及UC。静态时由于，由直流通路列KVL方程，得：所以：（mA）（mA）（V）图3.15习题3.5的图（2）把输入电压ui1、ui2分解为共模分量uic和差模分量uid，为：（mV）（mV）（3）求单端共模输出uoc1和uoc2。 （mV）（4）求单端差模输出uod1和uod2。（Ω）（mV）（mV）（5）求单端总输出uo1和uo2。（mV）（mV）（6）求双端共摸输出uoc、双端差模输出uod和双端总输出uo。（mV）（mV）（mV）或：（mV）3.6如图3.16所示为单端输入单端输出差动放大电路，V，V，kΩ，kΩ，，V，试计算静态值IC、UC和差模电压放大倍数。图3.16习题3.6的图分析本题是对 单端输入单端输出差动放大电路进行静态分析和动态分析。由于差动放大电路的对称性，信号从单端输入时，只要RE阻值足够大，作用在两个晶体管V1和V2的发射结上的电压仍是差模信号，即，与双端输入时一样，同样具有电压放大作用。解（1）计算静态值IC、UC。静态时，由直流通路列KVL方程，得：所以：（mA）（V）（2）计算差模电压放大倍数Ad。（Ω）3.7OCL电路如图3.17所示，已知V，Ω，若晶体管处于临界饱和状态时集电极与发射极之间的电压为V，求电路可能的最大输出功率。分析功率放大电路的输出功率Po等于负载RL上的电压有效值Uo与电流有效值Io的乘积，由于，所以：可见，要使功率放大电路的输出功率达到最大，就必须使负载RL上的电压有效值Uo达到最大。解根据KVL，负载RL上的电压为：显然，晶体管处于临界饱和状态时uCE最小，为：这时负载RL上的电压有效值Uo达到最大，为：所以，电路的最大输出功率为：（W）3.8OTL电路如图3.18所示，已知V， Ω，若晶体管处于临界饱和状态时集电极与发射极之间的电压为V，求电路可能的最大输出功率。分析OTL功率放大电路由单电源供电，且在工作过程中输出电容C上的电压基本维持在UCC/2不变。解根据KVL，负载RL上的电压为：显然，晶体管处于临界饱和状态时uCE最小，为：这时负载RL上的电压有效值Uo达到最大，为：所以，电路的最大输出功率为：（W）图3.17习题3.7的图图3.18习题3.8的图3.9一负反馈放大电路的开环放大倍数A的相对误差为±25％时，闭环放大倍数Af的相对误差为100±1％，试计算开环放大倍数A及反馈系数F。解由得：由得：解得： 3.10一负反馈放大电路的开环放大倍数，反馈系数，若A减小了10%，求闭环放大倍数Af及其相对变化率。解反馈深度为：闭环放大倍数为：闭环放大倍数的相对变化率为：3.11指出如图3.19所示各放大电路中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。图3.19习题3.11的图分析在判别放大电路的反馈极性和类型之前，首先要判断放大电路是否存在反馈。如果电路中存在既同输入电路有关，又同输出电路有关的元件或网络，则电路存在反馈，否则不存在反馈。在运用瞬时极性法判别反馈极性时，注意晶体管的基极和发射极瞬时极性相同，而与集电极瞬时极性相反。解对图3.19（a）所示电路，引入反馈的是电阻RE，为电流串联负反馈，理由如下：首先，如图3.20（a）所示，设ui为正，则uf亦为正，净输入信号与没有反馈时相比减小了，故为负反馈。其次，由于反馈电路不是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即），反馈信号uf仍然存在（），故为电流反馈。此外，由于反馈信号与输入信号加在两个不同的输入端，两者以电压串联方式叠加，故为串联反馈。对图3.19（b）所示电路，引入反馈的是电阻RE，为电压串联负反馈，理由如下：首先，如图3.20（b）所示，设ui为正，则uf亦为正，净输入信号与没有反馈时相比减小了，故为负反馈。其次，由于反馈电路是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即），反馈信号uf消失（），故为电压反馈。此外，由于反馈信号与输入信号加在两个不同的输入端，两者以电压串联方式叠加，故为串联反馈。 图3.20习题3.11解答用图对图3.19（c）所示电路，引入反馈的是电阻RB，为电压并联负反馈，理由如下：首先，如图3.20（c）所示，设ui为正，则ii为正，uo为负，if为正，净输入信号与没有反馈时相比减小了，故为负反馈。其次，由于反馈电路是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即），反馈信号if消失（），故为电压反馈。此外，由于反馈信号与输入信号加在同一个输入端，两者以电流并联方式叠加，故为并联反馈。3.12指出如图3.21所示各放大电路中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。图3.21习题3.12的图分析本题电路由两级运算放大器组成，反馈极性和类型的判别方法与晶体管放大电路的判别方法一样，反馈极性运用瞬时极性法判别，电压反馈和电流反馈的判别看反馈电路是否直接从输出端引出，并联反馈和串联反馈的判别看反馈信号与输入信号是否加在同一个输入端。解对图3.21（a）所示电路，引入反馈的是电阻R4，为电流串联负反馈，理由如下：首先，如图3.22（a）所示，设ui为正，则第一级运放的输出为负，第二级运放的输出为正，uf亦为正，净输入信号与没有反馈时相比减小了，故为负反馈。其次，由于反馈电路不是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即），反馈信号uf仍然存在（），故为电流反馈。此外，由于反馈信号与输入信号加在两个不同的输入端，两者以电压串联方式叠加，故为串联反馈。 图3.22习题3.12解答用图对图3.21（b）所示电路，引入反馈的是电阻RL，为电压串联负反馈，理由如下：首先，如图3.22（b）所示，设ui为正，则第一级运放的输出为负，第二级运放的输出为正，uf亦为正，净输入信号与没有反馈时相比减小了，故为负反馈。其次，由于反馈电路是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即），反馈信号uf消失（），故为电压反馈。此外，由于反馈信号与输入信号加在两个不同的输入端，两者以电压串联方式叠加，故为串联反馈。3.13指出如图3.23所示放大电路中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。图3.23习题3.13的图分析本题电路由两级共发射极分压式放大电路组成，其中每级电路存在的反馈称为本级反馈；两级之间存在的反馈称为级间反馈。在既有本级反馈也有级间反馈的多级放大电路中，起主要作用的是级间反馈。解第一级引入反馈的是电阻RE1，为电流串联负反馈，交流负反馈与直流负反馈同时存在。第二级引入反馈的是电阻RE2，也是电流串联负反馈，并且只有直流负反馈。引入级间反馈的是电阻RE1和Rf，为电压串联负反馈，并且只有交流负反馈。3.14指出如图3.24所示放大电路中的反馈环节，判别其反馈极性和类型。图3.24习题3.14的图解第一级引入反馈的是电阻RE1，为电流串联负反馈，并且只有直流负反馈。第二级引入反馈的是电阻RE2，也是电流串联负反馈，交流负反馈与直流负反馈同时存在。引入级间反馈的是电阻RE2和Rf，为电流并联负反馈，并且也是交流负反馈与直流负反馈同时存在。3.15为了增加运算放大器的输出功率，通常在其后面加接互补对称电路来作输出级，如图3.25（a）、（b）所示。分析图中各电路负反馈的类型，并指出能稳定输出电压还是输出电流？输入电阻、输出电阻如何变化？ 图3.25习题3.15的图分析电压负反馈使输出电阻减小，故能稳定输出电压，电流负反馈使输出电阻增大，故能稳定输出电流。解如图3.25（a）所示电路引入的是电压并联负反馈，故能稳定输出电压，输入电阻和输出电阻均减小。如图3.25（b）所示电路引入的是电压串联负反馈，故能稳定输出电压，输入电阻增大，输出电阻减小。3.16在如图3.26所示的两级放大电路中，试回答：（1）哪些是直流反馈？（2）哪些是交流反馈？并说明其反馈极性及类型。（3）如果Rf不接在V2的集电极，而是接在C2与RL之间，两者有何不同？（4）如果Rf的另一端不是接在V1的发射极，而是接在V1的基极，有何不同？是否会变成正反馈？图3.26习题3.16的图分析直流反馈是直流通路中存在的反馈，其作用是稳定静态工作点。交流反馈是交流通路中存在的反馈，其作用是改善放大电路的动态性能。必须注意的是，在负反馈放大电路中，往往直流反馈和交流反馈同时存在。解（1）直流反馈有：由RE1和RE2分别构成第一级和第二级的电流串联负反馈；由RE1和Rf构成级间的电压串联负反馈。（2）交流反馈有：由RE1构成第一级的电流串联负反馈；由RE1和Rf构成级间的电压串联负反馈。（3）如果Rf接在C2与RL之间，则只产生级间的交流电压串联负反馈，不产生级间的直流电压串联负反馈。（4）如果Rf的另一端接在V1的基极，则构成电压并联正反馈。3.17试说明对于如图3.27所示放大电路欲达到下述目的，应分别引入何种方式的负反馈，并分别画出接线图。 （1）增大输入电阻。（2）稳定输出电压。（3）稳定电压放大倍数Au。（4）减小输出电阻但不影响输入电阻。图3.27习题3.17的图分析负反馈对输入电阻的影响只取决于反馈电路在输入端的连接方式（串联或并联），而与反馈电路在输出端的连接方式（电压或电流）无关，串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。负反馈对输出电阻的影响只取决于反馈电路在输出端的连接方式（电压或电流），而与反馈电路在输入端的连接方式（串联或并联）无关，电压负反馈使输出电阻减小，能稳定输出电压，电流负反馈使输出电阻增大，能稳定输出电压。解（1）要增大输入电阻，需要引入串联负反馈，所以应将反馈电阻Rf1从V1的发射极接至V2的集电极。（2）要稳定输出电压，需要引入电压负反馈，所以应将反馈电阻Rf1从V1的发射极接至V2的集电极。（3）稳定电压放大倍数Au就是要稳定输出电压，需要引入电压负反馈，所以应将反馈电阻Rf1从V1的发射极接至V2的集电极。（4）要减小输出电阻但又不影响输入电阻，只能在第二级引入电压负反馈，所以应将反馈电阻Rf2从V2的集电极接至V2的基极。接线图如图3.28所示，该电路能同时满足题中的4个要求。图3.28习题3.17的图窗体顶端第4章集成运算放大器的应用 4.1在如图4.2所示电路中，稳压管稳定电压V，电阻kΩ，电位器kΩ，试求调节Rf时输出电压uo的变化范围，并说明改变电阻RL对uo有无影响。分析本题电路由一个反相输入比例运算电路和一个稳压电路组成，反相输入比例运算电路的输入电压从稳压管两端取得，即。解根据反相输入比例运算电路的电压传输关系，得：由上式可知输出电压uo与负载电阻RL无关，所以改变电阻RL对uo没有影响。当时，有：当kΩ时，有：（V）所以，调节Rf时输出电压uo可在V范围内变化。图4.2习题4.1的图4.2在如图4.3所示电路中，稳压管稳定电压V，电阻kΩ，电位器kΩ，试求调节Rf时输出电压uo的变化范围，并说明改变电阻RL对uo有无影响。图4.3习题4.2的图分析本题电路由一个同相输入比例运算电路和一个稳压电路组成，同相输入比例运算电路的输入电压从稳压管两端取得，即。解根据同相输入比例运算电路的电压传输关系，得： 由上式可知输出电压uo与负载电阻RL无关，所以改变电阻RL对uo没有影响。当时，有：（V）当kΩ时，有：（V）所以，调节Rf时输出电压uo可在6~12V范围内变化。4.3如图4.4所示是由集成运算放大器构成的低内阻微安表电路，试说明其工作原理，并确定它的量程。图4.4习题4.3的图分析本题电路是一个反相输入电路，输入电流I就是待测量的电流。由于电阻R引入了电压串联负反馈，所以集成运算放大器工作在线性区，可以应用“虚断”和“虚短”两条分析依据分析。解由于集成运算放大器工作在线性区，故，流过微安表的电流If就是待测量的电流I，即：所以微安表的量程就是该电流表的量程，为50μA。4.4如图4.5所示是由集成运算放大器和普通电压表构成的线性刻度欧姆表电路，被测电阻Rx作反馈电阻，电压表满量程为2V。（1）试证明Rx与uo成正比。（2）计算当Rx的测量范围为0～10kΩ时电阻R的阻值。图4.5习题4.4的图 分析本题电路是一个反相输入比例运算电路，输入电压V，反馈电阻Rf就是被测电阻Rx，即。解（1）根据反相输入比例运算电路的电压传输关系，得：所以：可见被测电阻Rx与输出电压uo成正比。（2）当Rx最大（10kΩ）时电压表满量程（2V），因此得：（kΩ）4.5如图4.6所示为一电压-电流变换电路，试求输出电流io与输入电压ui的关系，并说明改变负载电阻RL对io有无影响。分析本题电路是一个同相输入电路，由于电阻R引入了电流串联负反馈，所以集成运算放大器工作在线性区，可以应用“虚断”和“虚短”两条分析依据分析。解设电阻R上的电压为uR，其参考方向为上正下负，且与电流iR参考方向关联，如图4.7所示。由于集成运算放大器工作在线性区，故，。因，故电阻R1上无电压降，于是得：由上式可知输出电流io与负载电阻RL无关，所以改变RL对io没有影响。图4.6习题4.5的图图4.7习题4.5解答用图4.6如图4.8所示也是一种电压-电流变换电路，试求输出电流io与输入电压ui的关系，并说明改变负载电阻RL对io有无影响。分析本题电路由一个同相输入的集成运算放大器和一个场效应管组成，由于电阻R引入了电流串联负反馈，所以集成运算放大器工作在线性区，可以应用“虚断”和“虚短”两条分析依据分析。解设电阻R上的电压uR参考方向如图4.9所示，且与电流iR 参考方向关联。由于集成运算放大器工作在线性区，故，。因，故电阻R1上无电压降，于是得：由于场效应管栅极电流为0，所以：由上式可知输出电流io与负载电阻RL无关，所以改变RL对io没有影响。图4.8习题4.6的图图4.9习题4.6解答用图4.7如图4.10所示为一恒流电路，试求输出电流io与输入电压U的关系。分析本题电路也是一个同相输入电路，并引入了负反馈，所以集成运算放大器工作在线性区，可以应用“虚断”和“虚短”两条分析依据分析。解设电阻R上的电压uR参考方向如图4.11所示，且与电流iR参考方向关联。由于集成运算放大器工作在线性区，故，，可得：图4.10习题4.7的图图4.11习题4.7解答用图4.8求如图4.12所示电路中uo与ui的关系。分析本题电路在负反馈回路中引入了由Rf1、Rf2和Rf3组成的T型电阻网络来代替反相输入比例运算电路中的反馈电阻Rf，其目的是使电路在增大输入电阻的同时，也能满足一定放大倍数的要求，同样可以应用“虚断”和“虚短”这两条分析依据分析计算。解设电阻R1、Rf1、Rf2、Rf3中电流i1、if1、if2、if3的参考方向如图4.13所示，连接Rf1、Rf2、Rf3的节点为A，根据运放工作在线性区的两条分析依据，即，可知，因，故电阻R1 上无电压降，于是得：于是得：所以：整理，得：图4.12习题4.7的图图4.13习题4.7解答用图4.9电路及ui1、ui2的波形如图4.14所示，试对应画出uo的波形。图4.14习题4.9的图分析本题电路是加法运算电路，可根据加法运算电路原理分段相加。运用这种方法可将一些常规的波形变换为所需要的波形。 解根据加法运算电路原理可得：当时，ui1由0跳变到3V，ui2由-3V跳变到0，故uo由3V跳变到-3V。当时，ui1由3V跳变到0，ui2由-3V跳变到0，故。在期间，，一条直线。在期间，，一条直线。当时，重复时刻的状态。以此类推，可画出uo波形如图4.15所示。图4.15习题4.9解答用图4.10电路及ui1、ui2的波形如图4.16所示，试对应画出uo的波形。图4.16习题4.10的图分析本题电路是减法运算电路，可根据减法运算电路原理分段相加。运用这种方法也可将一些常规的波形变换为所需要的波形。解根据减法运算电路原理可得：当时，ui1由0跳变到3V，ui2由3V跳变到0，故uo由6V跳变到-6V。当时，ui1由3V跳变到0，ui2由3V跳变到0，故。 在期间，，一条直线。在期间，，一条直线。当时，重复时刻的状态。以此类推，可画出uo波形如图4.17所示。图4.17习题4.10解答用图4.11求如图4.18所示电路中uo与ui的关系。图4.18习题4.11的图分析在分析计算多级运算放大电路时，重要的是找出各级之间的相互关系。首先分析第一级输出电压与输入电压的关系，再分析第二级输出电压与输入电压的关系，逐级类推，最后确定整个电路的输出电压与输入电压之间的关系。本题电路是两级反相输入比例运算电路，第二级的输入电压ui2就是第一级的输出电压uo1，整个电路的输出电压。解第一级的输出电压为：第二级的输出电压为：所以：4.12求如图4.19所示电路中uo与ui的关系。 图4.19习题4.12的图分析本题电路第一级为电压跟随器，第二级为同相输入比例运算电路，整个电路的输出电压。解第一级的输出电压为：第二级的输出电压为：4.13按下列运算关系设计运算电路，并计算各电阻的阻值。（1）（已知kΩ）。（2）（已知kΩ）。（3）（已知kΩ）。（4）（已知kΩ）。（5）（已知μF）。分析运算放大电路的设计，首先应根据已知的运算关系式确定待设计电路的性质，其次再计算满足该关系式的电路元件参数。解（1）根据运算关系式，可知待设计电路为反相输入比例运算电路，如图4.20（a）所示。所以：（kΩ）平衡电阻为：（kΩ）（2）根据运算关系式，可知待设计电路为同相输入比例运算电路，如图4.20（b）所示。 所以：（kΩ）平衡电阻为：（kΩ）（3）根据运算关系式，可知待设计电路为反相输入加法运算电路，如图4.20（c）所示。所以：（kΩ）（kΩ）（kΩ）平衡电阻为：（kΩ）（4）根据运算关系式，可知待设计电路为减法运算电路，如图4.20（d）所示。所以：（kΩ）（kΩ）取：（kΩ）则：（kΩ） （5）根据运算关系式，可知待设计电路为反相输入积分加法运算电路，如图4.20（e）所示。应用“虚断”和“虚短”这两条分析依据得：解之得：与关系式对照可得：（kΩ）（kΩ）平衡电阻为：（kΩ）（a）（b）（c）（d）（e）图4.20习题4.13解答用图 在设计过程中，有时并不是一种运算关系式仅有一种电路，有的关系式可用不同形式的电路来实现。4.14求如图4.21所示电路中uo与ui1、ui2的关系。图4.21习题4.14的图分析本题两级电路第一级为两个电压跟随器，第二级为加法运算电路。解第一级两个电压跟随器的输出电压为：第二级的输出电压为：4.15求如图4.22所示电路中uo与ui1、ui2的关系。图4.22习题4.15的图分析本题两级电路第一级为同相输入比例运算电路，第二级为减法运算电路。解第一级的输出电压为：第二级的输出电压为：4.16求如图4.23所示电路中uo与ui1、ui2的关系。分析 本题两级电路第一级为两个电压跟随器，第二级为一个电压跟随器，求第二级电压跟随器输入电压最简便的方法是利用叠加定理。解第一级的输出电压为：利用叠加定理，得第二级的输出电压为：图4.23习题4.16的图4.17求如图4.24所示电路中uo与ui1、ui2、ui3的关系。图4.24习题4.17的图分析本题两级电路第一级由一个加法运算电路和一个反相输入比例运算电路组成，第二级为减法运算电路。解第一级的输出电压为：第二级的输出电压为： 4.18电路如图4.25所示，运算放大器最大输出电压V，V，分别求s、2s、3s时电路的输出电压uo。图4.25习题4.18的图分析本题两级电路第一级为反相输入比例运算电路组成，第二级为积分电路。计算时注意集成运算放大器的输出电压不会超过最大输出电压UOM。解第一级的输出电压为：（V）第二级的输出电压为：s时电路的输出电压uo。（V）s时电路的输出电压uo。（V）s时电路的输出电压uo。（V）这时输出电压uo已超过运算放大器的最大输出电压UOM，这是不可能的。实际上uo等于UOM时运算放大器已经工作在饱和状态，此后uo不会再增大，所以，s时电路的输出电压uo仍为12V。4.19在自动控制系统中需要有调节器（或称校正电路），以保证系统的稳定性和控制的精度。如图4.26所示的电路为比例—积分调节器（简称PI调节器），试求PI调节器的uo与ui的关系式。分析本题电路引入了电压并联负反馈，集成运算放大器工作在线性区，可应用“虚短”和“虚断”两条分析依据分析计算。解设电流i1、if的参考方向如图4.27所示，且电容C两端电压uC与流过的电流if参考方向关联，根据运放工作在线性区的两条分析依据，即，可得： 所以：图4.26习题4.19的图图4.27习题4.19解答用图4.20如图4.28所示的电路为比例—微分调节器（简称PD调节器），也用于控制系统中，使调节过程起加速作用。试求PD调节器的uo与ui的关系式。分析本题电路也引入了电压并联负反馈，集成运算放大器工作在线性区，可应用“虚短”和“虚断”两条分析依据分析计算。解设电流i1、if的参考方向如图4.29所示，且电容C两端电压uC与流过的电流if参考方向关联，根据运放工作在线性区的两条分析依据，即，可得：所以：图4.28习题4.20的图图4.29习题4.20解答用图4.21求如图4.30（a）、（b）所示有源滤波电路的频率特性，说明两个滤波电路各属于何种类型，并画出幅频特性曲线。 图4.30习题4.21的图分析本题两个电路都引入了电压并联负反馈，集成运算放大器工作在线性区，可应用“虚短”和“虚断”两条分析依据分析计算。解设输入电压ui为正弦信号，则电流电压均可用相量表示。由于集成运算放大器工作在线性区，故，。对图4.30（a）所示电路，有：所以，电路的电压放大倍数为：式中为截止角频率。电压放大倍数的幅频特性为：当时，当时，当时，幅频特性曲线如图4.31（a）所示。可见如图4.30（a）所示电路具有高通滤波特性，即的信号可以通过，而的信号被阻止，所以如图4.30（a）所示电路是一个高通滤波电路。 对图4.30（b）所示电路，有：所以，电路的电压放大倍数为：式中为截止角频率。电压放大倍数的幅频特性为：当时，当时，当时，幅频特性曲线如图4.31（b）所示。可见如图4.30（b）所示电路具有全通滤波特性，即在0~∞范围内所有频率的信号均可以通过，所以如图4.30（b）所示电路是一个全通滤波电路。（a）（b）图4.31习题4.21解答用图4.22在如图4.32所示的各电路中，运算放大器的V，稳压管的稳定电压UZ为6V，正向导通电压UD为0.7V，试画出各电路的电压传输特性曲线。分析电压传输特性曲线就是输出电压uo与输入电压ui的关系特性曲线。本题两个电路都是电压比较器，集成运算放大器都处于开环状态，因此都工作在非线性区。在没有限幅电路的情况下，工作在非线性区的集成运算放大器的分析依据是：，且时，时，其中为转折点。当有限幅电路时，电压比较器的输出电压值由限幅电路确定。 图4.32习题4.22的图解对图4.32（a）所示电路，V，，故当输入电压V时，输出电压V；当输入电压V时，输出电压V。电压传输特性如图4.33（a）所示。对图4.32（b）所示电路，由于，V，故当V时，集成运算放大器的输出电压为+12V，稳压管处于反向击穿状态，V；当V时，集成运算放大器的输出电压为-12V，稳压管正向导通，V。电压传输特性如图4.33（b）所示。图4.33习题4.22解答用图4.23在如图4.34（a）所示的电路中，运算放大器的V，双向稳压管的稳定电压UZ为6V，参考电压UR为2V，已知输入电压ui的波形如图4.34（b）所示，试对应画出输出电压uo的波形及电路的电压传输特性曲线。图4.34习题4.23的图分析电压比较器可将其他波形的交流电压变换为矩形波输出，而输出电压的幅值则取决于限幅电路。解由于V，，故当V时，集成运算放大器的输出电压为+12V，经限幅电路限幅之后，输出电压V；当V时，集成运算放大器的输出电压为-12V，经限幅电路限幅之后，输出电压V。输入电压ui和输出电压uo的波形如图4.35（a）所示，电路的电压传输特性曲线如图4.35（b）所示。 （a）输入电压ui和输出电压uo的波形（b）电压传输特性曲线图4.35习题4.23解答用图4.24如图4.36所示是监控报警装置，如需对某一参数（如温度、压力等）进行监控时，可由传感器取得监控信号ui，UR是参考电压。当ui超过正常值时，报警灯亮，试说明电路的工作原理及二极管VD和电阻R3的作用。图4.36习题4.24的图分析报警指示灯的亮灭取决于晶体管是否导通，而晶体管是否导通则取决于电压比较器的输出电压。解由于电压比较器的，，故当时，集成运算放大器正向饱和，其输出电压为，二极管截止，晶体管的，晶体管因正向偏置而导通，报警指示灯亮，说明监控信号ui已超过正常值，此时电阻R3起限制晶体管基极电流、保护晶体管的作用。当时，集成运算放大器反向饱和，其输出电压为，二极管导通，晶体管的V，晶体管因反向偏置而截止，报警指示灯熄灭，说明监控信号ui仍在正常值范围之内，此时二极管VD起限制晶体管反向偏置电压、保护晶体管的作用，电阻R3起限制二极管电流、保护二极管和集成运算放大器输出端的作用。4.25电路如图4.37所示，在正弦波振荡器的输出端接一个电压比较器。问应将a、b、c、d四点应如何连接，正弦波振荡器才能产生正弦波振荡？并画出正弦波振荡器输出uo1和电压比较器输出uo2的波形。若已知μF，Ω，kΩ，求正弦波振荡频率并确定反馈电阻Rf的值。 图4.37习题4.25的图分析一个电路能否产生正弦波振荡，其首要条件是电路是否引入了正反馈，即电路是否满足自激振荡的相位条件。解正反馈才能满足自激振荡的相位条件，所以应将a接c、b接d才能产生正弦波振荡。振荡频率为：（kHz）反馈电阻Rf的值为：（kΩ）正弦波振荡器输出电压uo1和电压比较器输出电压uo2的波形如图4.38所示。图4.38习题4.25解答用图窗体顶端第5章直流稳压电源5.1如果要求某一单相桥式整流电路的输出直流电压Uo为36V，直流电流Io为1.5A，试选用合适的二极管。分析二极管中流过的电流平均值ID和二极管承受的最高反向电压UDRM是选用二极管的主要技术参数。解流过整流二极管的平均电流为：（A）变压器副边电压有效值为：（V）整流二极管承受的最高反向电压为： （V）因此，可选用4只型号为2CZ11A的整流二极管，其最大整流电流为1A，最高反向工作电压为100V。5.2设一半波整流电路和一桥式整流电路的输出电压平均值和所带负载大小完全相同，均不加滤波，试问两个整流电路中整流二极管的电流平均值和最高反向电压是否相同？分析整流二极管的电流平均值直接与输出电流平均值有关，而最高反向电压直接与整流变压器副边电压有关。解（1）半波整流电路流过整流二极管的平均电流为，桥式整流电路流过整流二极管的平均电流为，由于两个整流电路的输出电压平均值和所带负载大小完全相同，故它们的输出电流平均值大小也相同，所以，两个整流电路中整流二极管的电流平均值不同。（2）两个整流电路中整流二极管的最高反向电压相同，均为整流变压器副边电压有效值的倍，即。5.3欲得到输出直流电压V，直流电流mA的电源，问应采用哪种整流电路？画出电路图，并计算电源变压器的容量（计算U2和I2），选定相应的整流二极管（计算二极管的平均电流ID和承受的最高反向电压URM）。分析在各种单相整流电路中，半波整流电路的输出电压相对较低，且脉动大；两管全波整流电路则需要变压器的副边绕组具有中心抽头，且两个整流二极管承受的最高反向电压相对较大，所以这两种电路应用较少。桥式整流电路的优点是输出电压高，电压脉动较小，整流二极管所承受的最高反向电压较低，同时因整流变压器在正负半周内都有电流供给负载，整流变压器得到了充分的利用，效率较高，因此单相桥式整流电路在半导体整流电路的应用最为广泛。解应采用桥式整流电路，如图5.4所示。图5.4单相桥式整流电路变压器副边电流有效值为： （mA）变压器副边电压有效值为：（V）变压器的容量为：（VA）流过整流二极管的平均电流为：（mA）整流二极管承受的最高反向电压为：（V）5.4在如图5.5所示的电路中，已知kΩ，直流电压表V2的读数为110V，二极管的正向压降忽略不计，求：（1）直流电流表A的读数。（2）整流电流的最大值。（3）交流电压表V1的读数。图5.5习题5.4的图分析直流电压表V2的读数即为输出直流电压Uo，直流电流表A的读数即为输出直流电流Io，交流电压表V1的读数即为变压器副边电压有效值U2，而整流电流的最大值可由其与输出直流电流Io的关系求出。解（1）直流电压表V2的读数即为输出直流电压Uo，直流电流表A的读数即为输出直流电流Io，所以： （mA）（2）因为整流电流的平均值（即输出直流电流Io）为：所以，整流电流的最大值为：（mA）（3）交流电压表V1的读数即为变压器副边电压有效值，为：（V）5.5如图5.6所示电路为单相全波整流电路。已知V，Ω。（1）求负载电阻RL上的电压平均值Uo与电流平均值Io，并在图中标出uo、io的实际方向。（2）如果VD2脱焊，Uo、Io各为多少？（3）如果VD2接反，会出现什么情况？（4）如果在输出端并接一滤波电解电容，试将它按正确极性画在电路图上，此时输出电压Uo约为多少？分析当u2极性为上正下负时，二极管VD1因承受反向电压而截止，VD2因承受正向电压而导通，此时有电流由下而上流过负载，在负载两端产生的输出电压极性为上负下正；当u2极性为上负下正时，二极管VD2因承受反向电压而截止，VD1因承受正向电压而导通，此时也有电流由下而上流过负载，在负载两端产生的输出电压极性也是上负下正。解（1）由于是单相全波整流，所以负载电阻RL上的电压平均值Uo与电流平均值Io各为：（V）（mA）uo、io的实际方向如图5.7所示。（2）如果VD2脱焊，则只有当u2极性为上负下正时，VD1因承受正向电压而导通，u2极性为上正下负时，二极管VD1因承受反向电压而截止，所以VD2脱焊时由VD1构成半波整流电路，Uo、Io各为： （V）（mA）（3）如果VD2接反，则当u2极性为上正下负时电路不通，VD1和VD2均因承受反向电压而截止，u2极性为上负下正时VD1和VD2均因承受正向电压而导通，由变压器两个副绕组以及VD1和VD2构成的回路中会有很大的电流通过，会烧坏变压器和VD1、VD2。（4）如果在输出端并接一滤波电解电容，其极性应为上负下正，如图5.7所示，此时输出电压Uo约为：（V）图5.6习题5.5的图图5.7习题5.5解答用图5.6在如图5.8所示电路中，变压器副边电压最大值U2M大于电池电压UGB，试画出uo及io的波形。分析本题电路是单相桥式整流电路，不过负载不是电阻，而是理想直流电压源和电阻串联的组合，分析依据仍然是看哪个二极管承受正向电压，决定其是否导通。解当u2的极性为上正下负且时，二极管VD1、VD3因承受正向电压而导通，VD2、VD4因承受反向电压而截止，忽略二极管的正向压降，则输出电压uo等于变压器副边电压u2，即，输出电流。当u2的极性为上正下负且，以及u2的极性为上负下正时，4个二极管均因承受反向电压而截止，忽略二极管的反向电流，则输出电流，输出电压。根据以上分析，可画出u2、uo及io的波形，如图5.9所示。 图5.8习题5.6的图图5.9习题5.6解答用图5.7在如图5.10所示桥式整流电容滤波电路中，V，Ω，μF，试问：（1）正常时Uo为多大？（2）如果测得Uo为：①V；②V；③V；④V。电路分别处于何种状态？（3）如果电路中有一个二极管出现下列情况：①开路；②短路；③接反。电路分别处于何种状态？是否会给电路带来什么危害？图5.10习题5.7的图分析单相桥式整流电容滤波电路正常工作时，负载电阻RL开路时，滤波电容C开路时。单相半波整流电容滤波电路正常工作时，负载电阻RL开路时，滤波电容C开路时。解（1）正常时Uo的值为：（V） （2），这时电路中的滤波电容开路；，这时电路中的负载电阻RL开路；，这时电路中有1~3个二极管和滤波电容同时开路，成为半波整流电路；，这时电路处于正常工作状态。（3）当有一个二极管开路时，电路成为半波整流电容滤波电路。当有一个二极管短路或有一个二极管接反时，则会出现短路现象，会烧坏整流变压器和某些二极管。5.8电容滤波和电感滤波电路的特性有什么区别？各适用于什么场合？解电容滤波电路成本低，输出电压平均值较高，但输出电压在负载变化时波动较大，二极管导通时间短，电流峰值大，容易损坏二极管，适用于负载电流较小且负载变化不大的场合。电感滤波电路输出电压较低，峰值电流很小，输出特性较平坦，负载改变时，对输出电压的影响也较小，但制作复杂、体积大、笨重，制作成本高，存在电磁干扰，适用于负载电压较低、电流较大以及负载变化较大的场合。5.9单相桥式整流、电容滤波电路，已知交流电源频率Hz，要求输出直流电压为V，输出直流电流为mA，试选择二极管及滤波电容。分析选择二极管需计算二极管的平均电流ID和承受的最高反向电压URM，选择滤波电容需计算电容C的值及其耐压值。解流过整流二极管的平均电流为：（mA）变压器副边电压有效值为：（V）整流二极管承受的最高反向电压为：（V）负载电阻RL为：（Ω） 取：（s）则电容C的值为：（μF）其耐压应大于变压器副边电压u2的最大值V。5.10根据稳压管稳压电路和串联型稳压电路的特点，试分析这两种电路各适用于什么场合？解稳压管稳压电路结构简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大，输出电压不可调且稳定性不够理想，适用于要求不高且输出功率较小的场合。串联型稳压电路采用电压负反馈来使输出电压得到稳定，输出电压稳定性高且连续可调，脉动较小，调整方便，适用于要求较高且输出功率较大的场合。5.11如图5.11所示桥式整流电路，设V，试分别画出下列情况下输出电压uAB的波形。（1）S1、S2、S3打开，S4闭合。（2）S1、S2闭合，S3、S4打开。（3）S1、S4闭合，S2、S3打开。（4）S1、S2、S4闭合，S3打开。（5）S1、S2、S3、S4全部闭合。图5.11习题5.11的图分析在各种不同的情况下，电路的结构和完成的功能不同。需仔细分析不同情况下的电路结构，才能了解电路所完成的功能，从而画出输出电压uAB的波形。解（1）S1、S2、S3打开而S4闭合时电路为半波整流电路，且只有在u2的极性为上负下正即时，才有电流由A至B流过负载电阻RL，输出电压uAB的波形如图5.12（a）所示。 （2）S1、S2闭合而S3、S4打开时电路为桥式整流电容滤波电路，由于负载电阻RL开路，所以输出电压uAB的波形如图5.12（b）所示。（3）S1、S4闭合而S2、S3打开时电路为桥式整流电路，输出电压uAB的波形如图5.12（c）所示。（4）S1、S2、S4闭合，S3打开时电路为桥式整流电容滤波电路，输出电压uAB的波形如图5.12（d）所示。（5）S1、S2、S3、S4全部闭合时u2经桥式整流、电容滤波、稳压电路稳压后输出，输出电压uAB的波形如图5.12（e）所示。。（a）（b）（c）（d）（e）图5.12习题5.11解答用图5.12电路如图5.13所示，已知V，kΩ，电位器kΩ，问：（1）输出电压Uo的最大值、最小值各为多少？（2）要求输出电压可在6V到12V之间调节，问R1、R2、RP之间应满足什么条件？分析串联型稳压电路的输出电压为，式中，时输出电压Uo最大，时输出电压Uo最小。解（1）输出电压Uo的最大值和最小值分别为： （V）（V）（2）要求输出电压可在6V到12V之间调节，即有：联立以上两式求解，得：图5.13习题5.12的图5.13试设计一台直流稳压电源，其输入为220V、50Hz交流电源，输出直流电压为+12V，最大输出电流为500mA，试采用桥式整流电路和三端集成稳压器构成，并加有电容滤波电路（设三端稳压器的压差为5V），要求：（1）画出电路图。（2）确定电源变压器的变比，整流二极管、滤波电容器的参数，三端稳压器的型号。分析单相桥式整流电容滤波电路输出电压平均值，每个二极管承受的最高反向电压，通过每个二极管的电流平均值。解（1）由于采用桥式整流、电容滤波和三端集成稳压器来构成该台直流稳压电源，所以电路图如图5.14所示，图中电容μF，μF。 图5.14习题5.13解答用图（2）由于输出直流电压为+12V，所以三端集成稳压器选用W7812型。由于三端稳压器的压差为5V，所以桥式整流并经电容滤波的电压为：（V）变压器副边电压有效值为：（V）变压器的变比为：（V）流过整流二极管的平均电流为：（mA）整流二极管承受的最高反向电压为：（V）负载电阻RL为：（Ω）取：（s）则电容C的值为： （μF）取μF，连接如图5.14中所示。其耐压应大于变压器副边电压u2的最大值V。5.14如图5.15所示电路是由W78××稳压器组成的稳压电路，为—种高输入电压画法，试分析其工作原理。图5.15习题5.14的图分析三端集成稳压器的输入电压应等于输出电压Uo加上稳压器的压差，若输入电压超过这个值，就要在输入端想办法提高输入电压。解如图5.15所示电路中由电阻R、稳压管VDZ和晶体管组成了最简单的串联型稳压电路，它是在并联型稳压电路的基础上加上射极输出器构成的。由电路的构成可知，较高的输入电压Ui经过该串联型稳压电路后，降压变为适合集成稳压器的工作的电压，所以如图5.15所示电路能提高输入电压。5.15如图5.16所示电路是W78××稳压器外接功率管扩大输出电流的稳压电路，具有外接过流保护环节，用于保护功率管V1，试分析其工作原理。图5.16习题5.15的图分析如图5.16所示电路中的功率管V1用于扩大输出电流，它的功率消耗非常可观，若不加以保护，势必会损坏功率管。保护原理是，一旦发生过流，过流保护环节立即工作，使输出电流下降到较低的数值。解如图5.16所示电路中的过流保护环节由晶体管V2和检测电阻R2组成，并利用R2两端的电压来控制V1基极与发射极之间的电压UBE1，从而控制V1的基极电流IB1，达到控制V1的集电极电流IC1的目的。电路正常工作时，流过R2的电流较小，晶体管V2截止，保护电路不工作。当发生过流时，流过R2的电流较大，晶体管V2导通并迅速达到饱和，使UBE1减小，IB1 减小，IC1减小，达到了保护V1的目的。5.16试说明开关型稳压电路的特点、组成以及各部分的作用。在下列各种情况下，应分别采用线性稳压电路还是开关型稳压电路？（1）希望稳压电路的效率比较高。（2）希望输出电压的纹波和噪声尽量小。（3）希望稳压电路的重量轻、体积小。（4）希望稳压电路的结构尽量简单，使用的元件少，调试方便。解开关型稳压电路的特点是调整管工作在开关状态，因而具有效率高、体积小、重量轻以及对电网电压要求不高等优点，被广泛用于计算机、电视机、通信及空间技术等领域，主要缺点是控制电路比较复杂，输出电压中纹波和噪声成分较大。串联式开关型稳压电路主要由开关调整管、滤波电路、脉冲调制电路、比较放大器、基准电源和采样电路等部分组成。基准电源产生一个基准电压，采样电路将输出电压变化量的一部分送到比较放大电路，与基准电压进行比较，并将二者的差值放大后送至脉冲调制电路，使脉冲波形的占空比发生变化，此脉冲信号作为开关调整管的输入信号，使调整管导通和截止时间的比例也随之发生变化，从而使滤波以后输出电压的平均值基本保持不变。综上所述，若希望稳压电路的重量轻、体积小、效率比较高时，应采用开关型稳压电路；若希望稳压电路的结构尽量简单、使用的元件少、调试方便、输出电压的纹波和噪声尽量小时，应采用线性稳压电路。第6章可控整流电路6.1晶闸管与具有一个PN结的二极管和具有两个PN结的三极管相比有何区别？解晶闸管、二极管以及三极管虽然是3种截然不同的器件，但它们都可以作为单方向导电的开关。然而，即使作为开关使用，它们之间却也存在着很大的差异。与二极管比较，晶闸管具有可控性，即在阳极和阴极之间加上正向电压的时候，并且在控制极和阴极之间也加上正向电压晶闸管才能导通。二极管没有可控性，只要在阳极和阴极之间加上正向电压二极管就会导通。此外，晶闸管导通后可以通过几十至上千安培的电流，比二极管大得多。与三极管比较，晶闸管不具有放大作用，只有当控制极电流达到某一数值时，阳极与阴极之间由阻断突然变为导通，导通后可以通过几十至上千安培的电流，并且控制极就不再起控制作用。三极管具有放大作用，在放大区集电极电流与基极电流成正比，即使在饱和区或截止区，也可以通过改变基极电流使其脱离饱和区或截止区，仍可用基极电流去控制集电极电流的大小。6.2 晶闸管导通的条件是什么？晶闸管导通后，通过管子阳极的电流大小由哪些因素决定？晶闸管阻断时，承受电压的大小由什么决定？解晶闸管的导通条件是：在阳极和阴极之间加适当的正向电压UAK，并且在控制极和阴极之间加适当的正向触发电压UGK。因为晶闸管导通后的管压降约为1V左右，电源电压UA几乎全部加到负载电阻RA上，阳极电流，所以，晶闸管导通后阳极的电流大小基本上由电源电压UA和负载电阻RA决定。晶闸管阻断分正向阻断和反向阻断两种情况。正向阻断时所承受的正向电压由正向转折电压UBO决定，超过此值时晶闸管被击穿导通而损坏。通常将正向转折电压UBO的80％规定为正向阻断峰值电压UFRM。反向阻断时所承受的反向电压由反向转折电压UBR决定，超过此值时晶闸管被反向击穿，漏电流剧烈增大而损坏。通常将反向转折电压UBR的80％规定为反向阻断峰值电压UFRM。6.3晶闸管由导通变为阻断状态的条件是什么？为什么晶闸管导通后控制极就失去控制作用？解晶闸管由导通变为阻断状态的条件是，晶闸管阳极电流小于维持电流IH，或将阳极与电源断开或给阳极与阴极之间加反向电压。由于晶闸管内部存在强烈的电流正反馈，在触发信号使晶闸管导通后，正反馈即可维持晶闸管的饱和导通状态，所以，晶闸管导通后控制极就失去控制作用。6.4某电阻需要0～24V可调直流电压，采用单相可控半波整流电路。现有两种供电方案：（1）220V交流电网直接供电；（2）用整流变压器供电，V。试比较两种供电方案下晶闸管的导通角以及所选单相可控半波整流电路是否能满足负载的要求？分析所选单相可控半波整流电路的导通角，而控制角α的调整范围为0~180°，所以，欲知所选单相可控半波整流电路是否能满足负载的要求，只要求出控制角α的调整范围是否为0~180°即可。解由单相可控半波整流电路输出直流电压的表达式：得晶闸管的控制角为：（1）采用220V交流电网直接供电时晶闸管的控制角为： 晶闸管的导通角为：因为控制角α的调整范围在0~180°之内，所以，所选单相可控半波整流电路能满足负载的要求。（2）采用整流变压器供电，V时晶闸管的控制角为：晶闸管的导通角为：因为控制角α的调整范围在0~180°之内，所以，所选单相可控半波整流电路能满足负载的要求。6.5有一电阻性负载，需要直流电压60V，电流30A。采用单相可控半波整流电路，由电网220V电压供电，试计算晶闸管的导通角、电流的有效值以及管子承受的最大正反向电压。分析根据有效值的定义，电流的有效值。为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重复峰值电压UFRM和URRM：UFRM≥URRM≥解由单相可控半波整流电路输出直流电压的表达式：得晶闸管的控制角为：晶闸管的导通角为： 晶闸管电流的有效值为：晶闸管所承受的最高正向电压UFM、最高反向电压URM都等于：（V）为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重复峰值电压UFRM和URRM：UFRM≥（V）URRM≥（V）6.6一单相可控半波整流电路，负载电阻Ω，由电网220V电压供电，控制角，试计算整流电压的平均值、电流的有效值以及管子承受的最大正反向电压。解因为是单相可控半波整流电路，所以整流电压的平均值为：（V）电流有效值为： 晶闸管所承受的最高正向电压UFM、最高反向电压URM都等于：（V）为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重复峰值电压UFRM和URRM：UFRM≥（V）URRM≥（V）6.7一单相半控桥式整流电路，其输入交流电压有效值为220V，负载为1kΩ电阻，试求控制角及时负载上电压和电流的平均值，并画出相应的波形。分析根据单相半控桥式整流电路负载上电压的平均值可知，控制角α不同，负载上电压的平均值不同，电流的平均值以及相应的波形也不同。解（1）控制角时负载上电压的平均值为：（V）电流的平均值为：（mA）（2）控制角时负载上电压的平均值为：（V） 电流的平均值为：（mA）相应的波形如图6.7所示。（a）时的波形（b）时的波形图6.7习题6.7解答用图6.8一电阻性负载，要求在0～60V范围内调压，采用单相半控桥式整流电路，直接由220V交流电源供电，试计算整流输出平均电压为30V和60V时晶闸管的导通角。分析本题可先应用求出控制角α，则导通角。解由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式：得晶闸管的控制角为：（1）输出平均电压为30V时晶闸管的控制角为： 导通角为：（2）输出平均电压为60V时晶闸管的控制角为：导通角为：6.9在电阻性负载单相半控桥式整流电路中，已知当控制角时，输出直流电压V，输出直流电流A。如果将输出直流电压调到V，则需要将控制角α调到多大？这时的输出直流电流Io是多少？分析本题可先应用时V求出变压器副边电压U2，然后再求V时的控制角α和输出直流电流Io。解由单相可控半波整流电路输出直流电压的表达式：得变压器副边电压的有效值为：（V）将输出直流电压调到V时的控制角为：负载电阻为：（Ω）这时的输出直流电流为： （A）6.10在电阻性负载单相半控桥式整流电路中，要求输出直流电压Uo在0~60V的范围内连续可调。若采用变压器供电，试计算变压器副边电压有效值U2（考虑电源电压的10%波动）和晶闸管控制角α的调节范围。分析本题计算变压器副边电压U2时需要考虑电源电压的10%波动，应在计算所得结果的基础上加大10%，而不是减小10%。解由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式：得变压器副边电压的有效值为：（V）考虑电源电压的10%波动，则U2应取：（V）此时的控制角为：V时的控制角为：晶闸管控制角的调节范围为。6.11在上题中，如果不用变压器，而直接将整流电路的输入端接在220V的交流电源上，要使输出直流电压Uo仍在0～60V的范围内连续可调，则晶闸管控制角α的调节范围变为多少？分析根据可知，在输出直流电压Uo可调范围不变的情况下，输入的交流电压U2增大，则晶闸管控制角α的调节范围变小。 解由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式：得晶闸管的控制角为：所以，V时的控制角为：V时的控制角为：晶闸管控制角的调节范围为。6.12有一电阻性负载，需要可调的直流电压V，直流电流A，采用单相半控桥式整流电路，试计算变压器副边电压有效值U2，并选择整流元件。分析根据可知，在晶闸管控制角最小即时输出直流电压Uo最大，为V。解由单相半控桥式整流电路输出直流电压的表达式：得变压器副边电压的有效值为：（V）晶闸管所承受的最高正向电压UFM、最高反向电压URM和二极管所承受的最高反向电压UDRM都等于： （V）流过晶闸管和二极管电流的平均值为：（A）为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管所承受的正向和反向重复峰值电压UFRM和URRM：UFRM≥（V）URRM≥（V）选10A、200V的晶闸管和10A、100V的二极管。窗体顶端'